Шахова Тетяна Юріївна
Факультет: електротехнічний (ЕТФ)
Кафедра: електричних станцій (ЕС)
Спеціальність: «Електричні станції» (ЕС)
Тема магістерської роботи:
«Математичне моделювання електромеханічних
перехідних процесів у системах власних потреб
сучасних блокових агрегатів потужністю 200 МВт»
Науковий керівник: д.т.н., проф.каф. ЕС Сивокобиленко Віталій Федорович
| Автобіографія | Автореферат | Звіт про пошук |
АВТОРЕФЕРАТ
кваліфікаційної роботи магістра
«Математичне моделювання електромеханічних перехідних процесів у системах власних потреб
сучасних блокових агрегатів потужністю 200 МВт»
сучасних блокових агрегатів потужністю 200 МВт»
ЗМІСТ
2 ЗВ`ЯЗОК РОБОТИ З НАУКОВИМИ ПРОГРАМАМИ, ПЛАНАМИ, ТЕМАМИ
4 ПЕРЕДБАЧУВАНА НАУКОВА НОВІЗНА ОТРИМАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ
5 ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ОТРИМАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ
6 АПРОБАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ РОБОТИ
7 ОГЛЯД РОЗРОБОКІ ДОСЛІДЖЕНЬ ЗА ТЕМОЮ
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
Швидкий розвиток цифрових обчислювальних машин сприяв розробці нових методів математичного моделювання і розрахунку стаціонарних і перехідних режимів роботи електротехнічних і електроенергетичних систем. Це дозволило по-новому підійти до багатьох питань проектування і експлуатації різного роду об'єктів. Загалом процеси можуть бути описані аналітичними залежностями, основу яких складають системи нелінійних алгебраїчних і диференціальних рівнянь. При цьому за наявністю інформації про параметри системи і топологічні зв'язки між її елементами може бути побудована математична модель об'єкту, за допомогою якої виконується аналіз його поведінки в різних режимах роботи.
В даний час повсюдно використовується математичне моделювання, і є відповідні програми розрахунку електричних режимів, струмів короткого замикання, електричних і магнітних полів. Ця інформація використовується для оптимізації проектування і управління електротехнічними об'єктами. Надійна і економічна робота сучасних теплових електричних станцій більшою мірою залежить від надійності роботи механізмів власних потреб. Основним видом приводу найбільш відповідальних механізмів власних потреб електростанції є асинхронні і синхронні двигуни 6 кВ. Безперервне збільшення одиничної потужності блоків приводить до зростання встановленої потужності рухового навантаження, одиничної потужності і пускових струмів АД і СД, що у ряді випадків заважає забезпеченню вдалого самозапуска і динамічної стійкості рухового навантаження при коротких замиканнях і короткочасних зниженнях напруги. Це може привести до аварійного відхилення блоків електростанцій і пониження надійності функціонування всієї енергосистеми в цілому.
Кваліфікаційна робота магістра виконувалася впродовж 2009-2010 рр. згідно з науковим напрямом кафедри «Електричні станції» Донецького Національного Технічного Університету.
Для подальшого вдосконалення і розвитку багатомашинних систем енергопостачання в роботі розглядається наступне питання : розробка і створення математичної моделі, що дозволяє досліджувати особливості перехідних процесів в системах власних потреб сучасних блокових агрегатів. Розрахунок стаціонарних режимів, з використанням спрощених рівняннянь Парка-Горева, аналіз динамічної і статичної стійкості енергосистем. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні основні завдання:
- створити математичну модель системи власних потреб ТЕС;
- досліджувати перехідні процеси в асинхроних двигунах з урахуванням залежностей параметрів від витіснення струмів і насичення магнітних ланцюгів;
- використовувати методи вузлової напруги для визначення напруги системи;
- створити комплекс алгоритмів і програм для формування різного типу математичних моделей, заснованих на повних або спрощених рівняннях Парка-Горєва або на алгебраїчних рівняннях для стаціонарних режимів.
Предметом дослідження є методи і алгоритми для моделювання математичної моделі перехідних процесів на електростанції.
Об'єктом дослідження є математична модель електромеханічних перехідних процесів власних потреб сучасних блокових агрегатів.
Методи досліджень. У роботі використані методи вдосконалення чисельної інтеграції і підвищення чисельної стійкості диференціальних рівнянь, метод структурного моделювання.
Останнім часом у зв'язку з бурхливим розвитком обчислювальної техніки, а також у зв'язку з підвищенням вимогою до точності моделювання при розробці і створення високонадійних систем електропостачання ТЕС і інших відповідальних установ з крупними асинхронними двигунами і синхронними двигунами, значно зріс інтерес до багатомашинним моделям систем електропостачання. У зв'язку з цим наукова новизна полягає в моделюванні математичної моделі електромеханічних перехідних процесів власних потреб сучасних блокових агрегатів. Актуальним є створення універсальної моделі, що дозволяє досліджувати як короткочасні, так і тривалі процеси в групі машин з урахуванням їх взаємного впливу, з урахуванням залежностей параметрів від витіснення струмів і насичення магнітних ланцюгів. Математична модель створена в середовищі MATHCAD 2001.
Математична модель, може мати широке практичне застосування не тільки на електричних станціях, але і на будь-якому підприємстві, що використовує велику кількість асинхронних двигунів, безперебійна робота яких повинна забезпечувати безаварійне виробництво, що особливо важливе для великих підприємств Донбасу. У системах власних потреб ТЕС застосовуються асинхронні з короткозамкнутим ротором двигуни великої одиничної потужності. З метою поліпшення пускових характеристик таких двигунів їх ротор виконують глибокопазним. При розробці математичних моделей такого типу двигунів потрібний облік ефекту витіснення струму в роторі. Із-за вказаного ефекту активний і індуктивний опори залежать від частоти струму в роторі, в зв'язку, з чим їх часто представляють у вигляді функціональних залежностей від ковзання.
27 квітня 2010 року брала участь на конференції, яка була присвячена «Дню науці» на кафедрі «Електричні станції». Доповідь була на тему «Електромеханічні перехідні процеси, що протікають при нагріві електродвигуна власних потреб». Головною особливістю систем електропостачання власних потреб електростанцій є застосування трансформаторів робочого і резервного живлення з розщепленою обмоткою нижчої напруги, а також застосування асинхронних двигунів великої одиничної потужності (200-8000 кВт), короткозамкнутий ротор яких виконується глибокопазним з метою поліпшення пускових і робочих характеристик за рахунок використання ефекту витіснення
В даний час для аналізу режимів роботи енергосистем широко застосовують методи математичного моделювання. Якщо зробити локальний огляд, то виявимо, що багато тем магістерських робіт нашої кафедри пов'язано з математичним моделюванням. Тільки моделюють різні моделі, наприклад, «Розробка і реалізація математичної моделі електричної станції для аналізу перехідних процесів в схемі головних електричних з'єднань», «Математичне моделювання перехідних процесів в схемах власних потреб електричних станції» т.п. Це пояснюється тим, що математична модель грає важливу роль не тільки на електричних станціях, але і на будь-якому підприємстві. Якщо двигуни працюватимуть безперервно, то це підвище потенціал Донбасу, а потім і України. Звідси видно, що і на національному огляді дані розробки мають перспективи. На глобальному огляді, можна відмітити, що багато фірм займаються розробками математичного моделювання перехідних процесів. Ось наприклад, програма «Динаміка» призначена для моделювання електромеханічних перехідних процесів з урахуванням зміни частоти при різних комутаціях і подіях, що відбуваються в системі і аналізу динамічної стійкості системи.
Для аналізу динамічної стійкості відображаються параметри системи в ході перехідного процесу, а також аналізуються наступні ситуації:
- вихід параметрів за встановлені діапазони;
- розділення системи на асихронно працюючі частини;
- робота автоматики.
Застосовується оригінальна математична модель, основними особливостями якої є:
- облік зміни частоти обертання синхронних машин (СМ) в рівняннях всіх елементів;
- моделювання асинхронних машин (АМ) з обліком не тільки механічного руху, але і перехідних процесів в контурах ротора;
- строгий облік автоматичних регуляторів збудження (АРВ) відповідно до їх передавальних функцій, з моделюванням форсування збудження, з урахуванням стрибків вхідних сигналів у момент комутації [1].
Високовольтні асинхронні двигуни виконуються з двохклітинним або глибокопазним ротором для поліпшення їх пускових характеристик. Параметри таких машин нелінійні унаслідок витіснення струмів в роторі і насичення шляхів для магнітних потоків. Явище витіснення струму має місце лише в пазовій частині ротора асинхронної машини і практично відсутній в короткозамкнутих кільцях.
Перевага багатоконтурних схем заміщення машин змінного струму полягає в універсальності їх використання як для розрахунку перехідних, так і сталих режимів роботи. Крім того, інформація про їх параметри вельми зручна для зберігання в пам'яті і використанні при розрахунках на АВМ і ЦВМ [2].
Виконаємо розрахунок параметрів двоконтурної схеми заміщення АД інженерним методом. Розрахунок виконуємо у відносних одиницях в наступній послідовності: Скоректуємо значення номінальних ККД і коефіцієнта потужності [3]:
1. Визначаємо індуктивний опір розсіяння статора
2. Знаходимо струм холостого ходу, який приймаємо рівним струму намагнічення
3. Знаходимо індуктивний опір гілці намагнічення
4. Визначаємо вхідні опори двигуна в номінальному режимі при Sн
5. Визначаємо вхідні опори двигуна в пусковому режимі при S=1
6. Знаходимо провідність ротора при номінальному ковзанні:
7. Приймаємо параметри першого контура ротора рівними результуючому опору ротора в номінальному режимі, тобто
8. Знаходимо провідність ротора в пусковому режимі:
9. Параметри другого контура ротора знаходимо як різниця між результуючою провідністю ротора при S=1 і провідності першого контура ротора при S=1, тобто
Параметри, отримані інженерним методом, уточнюємо шляхом рішення системи нелінійних рівнянь алгебри (СНАУ). Для цього складаємо програми розрахунку параметрів схеми заміщення точнішим методом [5].
(анимація: об`єм - 33,3 Kбайт; розмір - 640х400; складається з 9 кадрів; затримка між кадрами - 120 мс; затримка між останнім та першим кадрами - 0 мс; кількість циклів повторення - 6)
Уточнимо параметри схеми заміщення шляхом вирішення СНАУ за допомогою блоку вирішень Given – Minerr в пакеті MathCad. Рівняння складаються з умови збігу розрахункових і каталожних струмів статора,обертаючих моментів, при S=1 і SН, а також втрат в номінальному режимі:
Перевіряємо тепер збіг розрахункових значень струмів, моментів і ККД з каталожними:
Складемо у формі Коши систему диференціальних рівнянь АД:
Систему ДУ вирішуватимемо за допомогою методу Рунге-Кутта. Послідовність розрахунку вказана в головній програмі AD_RK_1, в якій приведені також описані вище підпрограми. Час пуску задаємо, наприклад 6 сек. При кроці розрахунку 0,314 радіан і знаючи, що одна секунда дорівнює 314 радіан, час пуску складе 1884 радий і буде потрібно 6000 кроків [6].
ВИСНОВКИ
В результаті науково-дослідницькой були зібрани та вивчені матеріали по запитанням, з`вязанних з темою магістерської роботи. Для розробки рекомендацій по підвищенню надійності роботи сучасних ТЕС необхідні глубокі дослідження перехідних режимів роботи електродвигунів власних потреб, що в свою чергу потребує розробки методів математичних моделей.
ЗМІСТ ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ1. Домышев А.В. Блок анализа динамической устойчивости для ПВК АНАРЭС-2000. // Системные исследования в энергетике.: Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН, Вып.32. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН. 2002 г.
2. Переходные процессы в системах электроснабжения собственных нужд электростанций: Нуч. пособие/ Сивокобыленко В.Ф., Дебедев В.К – Донецк: ДонНТУ, 2002-136 с
3. Сивокобыленко В.Ф. Переходные пооцессы в многомашинных системах электроснабжения электрических станций: Уч. пособие/ Сивокобыленко В.Ф.- Донецк, ДПИ, 1984. – 116 с.
4. Ткаченко С.Н. Разработка и реализация математической модели электрической станции для анализа переходных процессов в схеме главных электрических соединений [Електроний ресурс] /Режим доступу до статті: http://masters.donntu.ru/2007/eltf/maslova/library/4.htm;
5. Сивокобыленко В.Ф., Павлюков В.А. Параметры и схемы замещения асинхронных двигателей с вытеснением тока в роторе. – Электрические станции, 1976, №2.
6. Сивокобыленко В.Ф. Математическое моделирование в электротехнике и энергетике: Науч. пособие/Сивокобыленко В.Ф. – Донецк: РВА ДонНТУ, 2005. – 350 с.
7. Перхач В.С. Математичні задачі електроенергетики. "Вища школа", Л. - 1989, 464 с.
8. Сивокобиленко В.Ф., Костенко В.И. Математичне моделювання електродвигунів власних потреб электрических станцій. Донецьк, ДПІ, 1979. – 110 с.
9. Курбангалиев У. К. Самозапуск двигателей собственных нужд электростанций - М.: Энергоиздат, 1982 - 56 с.
10. Сиромятніков И.О. Режими роботи асинхроних і синхроних
двигунів / Під ред. Л.Г. Мамиконянца - : М.: Енергоатомвидавн,
1984. – 240 с.
При написанні даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2010г. Повний текст роботи і матеріали по темі могуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.
ДонНТУ > Портал магістрів ДонНТУ > Автобіографія | Звіт про пошук